Установка заклепок на металл

Как пользоваться заклепочником: виды инструментов для клепания заклепок

В промышленности одной из основных операций является соединение элементов конструкций и деталей.

Одним из способов является соединение с помощью заклепок. Он используется, когда нет возможности выполнить сварку элементов конструкций, и имеет много преимуществ перед ней. Для выполнения такой технологии существует специальный инструмент для клепания заклепок.

Что такое заклепочник и его виды

Заклепочником называют специальный инструмент (клещи), работающий по принципу пистолета, который предназначен для соединения элементов конструкций и их отдельных деталей, когда их толщина при соединении не превышает 10 мм.

В основном с помощью такого механического пистолета фиксируют детали с внутренней стороны. Ручной заклепочник представляет рычажный инструмент в виде пистолета, состоящего из 2 частей:

пружинного механизма, предназначенного для втягивания заклепки внутрь;
рычажной системы, служащей для создания усилия.

Сегодня в продаже есть два типа заклепочных инструментов: резьбовые и вытяжные.

Ручной клепальник вытяжного типа работает на основе использования тягового усилия для фиксации заклепки. Под действием усилия рычага стержень заклепки втягивается в ее трубчатую часть и распирает ее головкой стержня. С внешней стороны шляпка заклепки также расплющивается и создает прочное фиксирование деталей.

Принцип работы ручного заклепочника резьбового типа такой же, только втягивание шарика в рабочей части происходит не за счет усилия, а путем вращения резьбы в трубчатой части заклепки. То есть в нем использован способ фиксации головки с помощью закручивания рукоятки. Этот способ применяется не часто и в основном необходим для фиксации деталей, имеющих небольшую толщину.

В комплекте с пистолетом обычно продаются насадки разного диаметра и хвостовой длины.

Смотрите видео-обзор резьбового заклепочника:

Виды привода заклепочников и их стоимость

По виду устройства привода заклёпочники подразделяют на:

пневматические;
механические (ручные);
электрические;
аккумуляторные;
пневмогидравлические.

Наиболее востребованными в быту являются устройства с механическим способом привода. Такие инструменты имеют две модификации исполнения. Одна предусматривает работу с помощью одной руки, а другая – при мощи использования двух рук.

К «одноруким» устройствам относят также модель инструмента под названием «гармошка».

Стоимость заклепочников зависит от производителя, способа соединения, модели, а также устройства привода. Раскрученные марки инструментов стоят дороже изделий неизвестных производителей.

Также пневматические, электрические, пневмогидравлические и аккумуляторные устройства стоят намного дороже ручных, т. к. имеют более сложную конструкцию. В основном они используются в промышленных масштабах.

Устройство заклепок вытяжного типа

Чтобы понять, как пользоваться ручным заклёпочником вытяжного типа, нужно знать устройство крепежных деталей, которыми служат заклепки, специально предназначенные для такого способа крепежа.

Такая заклепка представляет крепежное изделие, состоящее из двух элементов: полой цилиндрической трубки, имеющей на конце головку и металлического стержня. Полый цилиндр называют заклепочным телом (втулкой). Диаметр этого цилиндра обозначает размер заклепочного метиза.

Полое отверстие внутри цилиндра проходит через все тело, включая его головку. Металлический стержень представляет вид гвоздя с закругленной шляпкой. Он вставляется в цилиндрическое отверстие и втягивается до упора головки с помощью фиксатора.

Резьбовые заклепки, предназначенные для вытяжного ручного клепальника, внутри цилиндрического тела имеют резьбу. Стержень также имеет резьбовую нарезку и вставляется в цилиндр путем вкручивания.

Для создания прочного соединения внутрь чаще всего вкручивают болт или винт. Иногда такую заклепку называют вытяжной глухой. Она считается более прочной, чем просто вытяжная.

Заклепки для вытяжного соединения изготавливают из разных материалов. Для гильзы применяют стальные, алюминиевые или медные сплавы. Очень важно, чтобы материал гильзы не вызывал коррозии металла, из которого выполнены соединяемые детали. Это значит, что при соприкосновении они не должны образовывать пару катод – анод.

Стержень должен изготавливаться из стали, прочность которой намного превосходит прочность тела. Цилиндр заклепочного тела может иметь разные размеры диаметра и длины. Эти размеры являются главными характеристиками таких изделий. На них обращают внимание в первую очередь при выборе. Диаметр цилиндрического тела должен соответствовать отверстиям для крепежа.

Чтобы цилиндр входил в отверстие свободно, оно должно быть немного больше диаметра тела заклепки. Обычно погрешность составляет 0,1 – 0,2 мм. Длина тела должна состоять из общей толщины соединяемых частей и припуска на величину расклепки. К этому нужно предусмотреть припуск до 1 мм.

Этапы соединения при помощи заклепочника

Как пользоваться заклепочником, можно рассмотреть на примере выполнения ручного крепежа деталей. Процесс выполнения соединения должен выполняться с соблюдением следующего порядка:

подготовка поверхностей;
проведение разметки и сверление отверстий;
монтаж крепежей.

Подготовка поверхностей включает их тщательное выравнивание, чтобы детали максимально притирались между собой.

Для того чтобы точно провести сверление отверстий без смещения, их нужно положить на ровную плоскость, лучше взять заготовку из дерева, и надежно на ней фиксируют. Затем делают разметку мест расположения отверстий. После этого с помощью дрели выполняют их просверливание, соблюдая максимальную точность расположения на всех соединяемых деталях.

Чтобы размер отверстия отвечал нужным параметрам, необходимо брать сверло диаметром чуть больше. Например, для получения отверстия диаметром 3,8 мм сверло должно иметь диаметр 4 мм.

После просверливания отверстий нужно «примерить» выбранные крепежные элементы. Головка заклепки должна плотно прилегать к поверхности вокруг кромки отверстия и полностью его закрывать.

Установка заклепок

Монтаж заклепок осуществляется так:

цилиндрическое тело заклепки вставляется в просверленные отверстия соединяемых деталей;
стержень, проходящий сквозь все тело, захватывается губами или клепальной головкой заклепочного инструмента у основания головки цилиндра;
с помощью усилия стержень постепенно вытягивается сквозь тело заклепки, расширяя его своей шляпкой (головкой) и деформируя конец цилиндра. Таким путем формируется обратная широкая часть заклепки на внутренней поверхности соединенных деталей.
Когда усилие заклепочника достигает определенного значения и соединение деталей будет достаточно прочным, остатки вытянутого стержня отламывают.

При работе с помощью ручного заклепочника, как правило, требуется выполнение нескольких нажиманий на рычаг для достижения нужного результата. После окончания процесса одна сторона соединения будет иметь головку тела заклепки, а другая – расплющенный конец цилиндра в виде лепестков.

Использование заклепок для клепания металла и других материалов

Сварка — это, конечно, хорошо, но применять ее можно не везде. В таком случае применяется клепка — это механическое соединение деталей при помощи специального крепежа. Крепеж этот называют заклепки, изготавливаются они из разных материалов, бывают разных видов.

Что такое клёпка

Механическое соединение деталей при помощи ряда заклепок называется клепкой, а само соединение — заклепочным швом. Используется там, где сваривать детали неудобно или соединяются несвариваемые материалы. Клепают не только металлы, таким образом соединяют детали в одежде, аксессуарах и т.д. Но там это больше отделка, нежели нагруженное соединение. Так что дальше пойдет речь о клепке в строительстве или обустройстве дома. В принципе, вместо клепки можно использовать винтовое соединение, но болты с гайками стоят дороже, да и их установка занимает больше времени.

Вот так выглядит заклепочное соединение

Если говорить об установке заборов из профлиста, заклепки более надежны, так как снять их можно только рассверлив крепеж. При установке винтов или саморезов, их можно выкрутить и унести и металл, и метизы. В некоторых случаях клепка более удобна при монтаже кровли из профнастила или металлочерепицы. На крыше установка винтовых соединений проблематична, требует много времени. А заклепками, да при хорошем инструменте, можно справиться за час или даже меньше.

Наиболее частое применение в личном хозяйстве

Как происходит соединение деталей при помощи заклепок? Заклепка устанавливается в подготовленное сквозное отверстие. Она имеет головку, которая упирается в материал и стержень. В процессе клепки конец стержня расплющивается, меняя форму под воздействием силы. Поэтому для этих метизов применяют пластичные металлы.

Виды заклепочных швов

Если говорить о способе соединения листов, то заклепочные швы бывают внахлест (один лист накладывается на другой) и встык. Стыковочные швы могут быть с одной или двумя накладками. С накладками более надежные, применяются в ответственных и нагруженных местах.

Виды заклепочных швов: внахлестку и в стык с накладками

По расположению заклепок:

Располагаться они могут друг напротив друга или в шахматном порядке. Швы могут быть прочными, плотными (герметичными) или прочно-плотными. Плотные выполняют с помощью эластичных прокладок, закладываемых между соединяемыми деталями. Прочно-плотные применяются, в основном, в котлах. Сейчас их чаще заменят сваркой.

Виды заклепок

Что такое заклепка? Это цилиндрический стержень из пластичного металла (может быть полым или нет) с головкой определенной формы на одном конце. Эта головка называется закладной. В процессе установки, за счет сплющивания металла стержня со второй стороны, образуется вторая головка. Она называется замыкающей (закрывающей).

Могут быть составные заклепки (например, популярные вытяжные или винтовые), которые состоят из корпуса и стержня. Но суть от этого не меняется: закладная головка упирается в материал, а на другом конце, за счет пластичности металла, формируется вторая головка. Просто она формируется за счет того, что стержень вытягивается и расширенной частью сминает вторую часть.

Типы стержней и закладных головок

Заклепки отличаются формой головки и стержнем. По типу стержня они бывают:

со сплошным стержнем (высокая нагрузочная способность, но тяжело устанавливаются);
полупустотелые (часть стержня возле закладной головки сплошная, часть — пустотелая);
пустотелые (головка и стержень имеют цилиндрическое сплошное отверстие, легко расклепываются, но высокие нагрузки не переносят).

Виды заклепок по типу стержня и закладной головки

Заклепки имеют следующие виды головок (на фото выше):

Полукруглая (высокая и низкая). Иногда называется еще сферической. Наиболее надежные, создают прочный шов.
Цилиндрической и конической (плоской). Применяются, если соединение находится в агрессивной среде.
Потайная и полупотайная. Устанавливаются, когда крепеж не должен выступать над поверхностью. Наиболее ненадежное соединение, используется только при необходимости.

Рядом могут быть установлены разные заклепки

Каждый из видов закладных головок встречается с каждым типом стержня. Подбирают их в зависимости от планируемой нагрузки. На максимальные нагрузки нужны метизы со сплошным стержнем и полукруглой головкой. На не слишком нагруженные швы можно применять и пустотелые, но они не обеспечивают герметичности. Если важна такая характеристика, то ставят полупустотелые.

Типы заклепок

Несмотря на то что сварка стала доступной даже непрофессионалу, клепка не теряет популярности. Ведь не все металлы можно варить, да и сварной шов подвержен коррозии. Поэтому постоянно появляются новые разновидности заклепок, так что полного перечня точно нет. Рассмотрим основные и более популярные.

Классические или обычные. Универсальные, применяются для всех типов швов. Отличить можно внешне — напоминают грибки.
Полутрубчатые (стержень наполовину полый). Требуют меньше усилий при установке, но и прочность имеют невысокую. Используются в соединениях с небольшой механической нагрузкой.

Классическая и резьбовая заклепки

Гаечные и пистонные заклепки

Это основные виды заклепок, которые применяются в строительстве, машиностроении и в других областях. В каждом из видов есть свои подвиды, отличающиеся в нюансах.

Вытяжные заклепки

Несколько слов скажем отдельно о вытяжных (закладных) заклепках. Они применяются при крепеже профлиста и металлочерепицы. Именно с ними чаще всего приходится сталкиваться при обустройстве участка. Состоит вытяжная заклепка из трубчатого корпуса и цельного стержня, вставленного внутрь. Они называются составными, так как имеют две независимые части. Также этот крепеж является усиленным — после установки, часть стержня остается внутри, что повышает прочность соединения.

Как работает вытяжная заклепка

Длина корпуса вытяжной заклепки должна быть больше толщины соединяемых деталей. Она вставляется в проделанное заранее отверстие, после чего заклепочник захватывает стержень, вытягивает его через полый корпус. На дальнем конце стержня имеется шарик, который формирует замыкающую головку из развальцованного края корпуса. Лишний стержень удаляется инструментом, но некоторая его часть остается внутри, что делает такое соединение достаточно прочным.

Как понятно из описания, важно правильно подобрать размер заклепки. Слишком короткая не даст сформировать нормальный буртик, что ослабит соединение. Слишком длинный корпус, даст большой люфт, что тоже нехорошо. Так что при подборе этого типа крепежа внимательно смотрите рекомендуемую толщину. Идеально, если ваше соединение приходится на середину диапазона.

Заклепки для соединения рыхлых и мягких материалов

Для соединения мягких и пластичных материалов — пластика, ДСП — перечисленные выше метизы не подходят. Для них есть другой вид аналогичного крепежа. Он отличается не такими большими размерами и меньшей прочностью. Но, при установке, создается меньшее усилие, чтобы не разрушить материалы.

Существуют следующие виды заклепок для соединения пластичных или мягких материалов:

Такие заклепки можно ставить на пластик, ДВП и другие «неметаллы»

Есть также пластиковые заклепки. Их делают обычно для мебели, иногда для фиксации декоративных панелей. Такие заклепки больше похожи на винтовые. Нижняя часть разрезана на несколько лепестков, внутри имеется резьба, по которой вкручивается стержень. По мере закручивания, стержень раздвигает корпус, который держится за счет силы трения.

Клепание металла

Процесс клепки металлов состоит из двух этапов: подготовительного и собственно установки метизов. Подготовка — сверление отверстий, при необходимости раззенковка под потайные головки. Обратите внимание, что потайные головки могут быть с одной (любой) стороны или с двух.

Сам процесс клепки такой:

вставить заклепку;
стянуть соединяемые детали;
сформировать при помощи инструмента замыкающую головку;
проверить и зачистить соединение.

Так устанавливаются вытяжные заклепки

При хорошем инструменте работа идет быстро. Для частного применения и разовых работ обычно применяют ручные заклепочники. И даже с ними сам процесс (без сверления отверстий) занимает считанные секунды. Если говорить об установке профлиста или металлочерепицы, каждое сделанное отверстие рекомендуется промазать краской — для предотвращения коррозии. Именно эти процессы — сверление и покраска, занимают много времени.

Вообще, есть два способа установки заклепок: холодный и горячий. При горячем место соединения предварительно разогревается до определенной температуры (определяется металлом и толщиной деталей). На практике применяется при монтаже заклепок большого диаметра — 12 мм и более.

Заклепки ставят рядами. Минимальное расстояние между соседними — 4 диаметра, от края листа до центра метиза — не менее чем 1,5 диаметра заклепки. При креплении профлиста, ставят в выемку, не в волну.

Подбор размеров заклепок

Заклепки подбирается исходя из толщины соединяемых металлов. Важны при этом: параметры закладной головки, диаметр стержня. По диаметру стержня определяется диаметр сверла, которое используется для подготовки отверстия в соединяемых деталях. Примерно определить диаметр заклепки можно удвоив толщину соединяемых деталей. Длина стержня — не менее 2 диаметров заклепки, причем выступающая часть должна быть не менее 1,25-1,5 от диаметра.

Диаметр заклепки	2,0 мм	2,3 мм	2,6 мм	3,0 мм	3,5 мм	4,0 мм	5,0 мм	6,0 мм	7,0 мм	8,0 мм
Диаметр отверстия при точной сборке	2,1 мм	2,4 мм	2,7 мм	3,1 мм	3,6 мм	4,1 мм	5,2 мм	6,2 мм	7,2 мм	8,2 мм
Диаметр отверстия при грубой сборке	2,3 мм	2,6 мм	3,1 мм	3,5 мм	4,0 мм	4,5 мм	5,7 мм	6,7 мм	7,7 мм	8,7 мм

Вообще, диаметр стержня заклепки может быть от 1 мм до 36 мм, длинна его может быть от 2 мм до 180 мм. Причем больший диаметр не равнозначен большей прочности соединения. Тут играет роль как материал, из которого он изготовлен, так и его тип (полый или цельный). Как же выбрать? По характеристикам заклепок. Вы ведь выбираете их под соединение определенных материалов определенной толщины. Примерно знаете и нагрузку, которая будет прилагаться на соединение. Поэтому при подборе обращайте внимание на то, что рекомендует производитель.

Как подобрать заклепку по толщине скрепляемого материала? По указаниям производителя, но в общем, диаметр стержня должен быть не менее двойной толщины материалов

Рекомендуемый диаметр под соединение. Вам остается только подобрать сверло и сделать ровное отверстие без заусенцев.
Минимальная и максимальная толщина соединяемого пакета. Важно чтобы ваше соединение находилось в указанном диапазоне.
Усилие на срез. Это та нагрузка, приложенная к соединению перпендикулярно, которую заклепка выдерживает без разрушения.
Усилие на разрыв. При какой нагрузке вдоль заклепки она разрушится.

Именно усилие на разрыв и срез определяют прочность будущего шва. Чем больше эти значения, тем большие нагрузки выдержит.

Из какого материала должна быть заклепка

Заклепки обычно берут из того же материала, что и соединяемые детали — это позволяет избежать электрохимической коррозии. Обращают внимание и на прочностные характеристики. Но, как правило, при соединении алюминиевых деталей, прочности алюминиевых метизов достаточно.

Вообще, заклепки делают из таких металлов:

сталь:
- обычная — марок Ст2, Ст3, Ст10;
- коррозионностойкая Х18Н9Т;
- оцинкованная;
При соединении медных деталей допустима установка латуни и меди. Алюминий соединяют алюминиевыми сплавами. Стальные листы — соответствующими марками стальных заклепок. Есть также смешанные метизы — из двух разных металлов (химически не конфликтующих). Чаще всего встречаются алюминиево-стальные.
Для установки фасадных элементов, откосов, отливов, металлочерепицы и профлиста, используются обычно вытяжные заклепки из оцинкованной окрашенной стали. Окраска — в тон с деталями.
Заклепки для металла: виды, конструкция, техника монтажа
При креплении листового металла используются самые разные приспособления, начиная от болтов с гайками и заканчивая современными разъемными клипсами. Но раньше всего для решения таких задач начали использовать заклепки – и сегодня они все еще используются.
Естественно, современная заклепка отличается от своей предшественницы довольно сильно. Именно поэтому стоит разобраться, какие заклепки применяются при производстве металлоконструкций, и как такие соединения монтируются.
Принцип крепления металла заклепками
Если совсем просто, то заклепкам – это металлический стержень, который вставляется в отверстия в соединяемых деталях и после деформации фиксирует их, удерживая вместе:
- Как правило, при производстве заклепку снабжают выступом – шляпкой или бортиком. Благодаря этому экономится время на монтаж, поскольку с одной стороны фиксация уже обеспечивается.
- Диаметр стержня заклепки обычно равен или чуть меньше диаметра отверстия, в который она устанавливается. В первом случае мы обеспечиваем минимальную подвижность деталей в месте крепления, во втором – уменьшаем временные затраты на установку заклепки в гнездо.
- Саму заклепку делают из достаточно мягкого материала. Благодаря этому она деформируется при относительно небольшом усилии, что облегчает монтаж соединения с использованием ручного инструмента.
Важно! Из этого правила есть исключения. Так, заклепки, которые монтируются при нагреве, могут быть изготовлены из материалов с высокой плотностью, например, из стали. Также стальные элементы могут входить в конструкцию сложных заклепок – например, вытяжных.
- Обязательное условие для монтажа заклепки – деформация ее тела (стержня или гильзы). За счет этой деформации формируется второй выступ (бортик), который прижимается к скрепляемой поверхности и обеспечивает фиксацию деталей.
По схожему принципу работают все заклепочные соединения. Но при этом и в конструкции, и в схеме работы разных заклепок есть отличия.
Разновидности заклепок
Классические («под молоток»)
Стандартные заклепки сегодня используются достаточно редко. Их обычно применяют либо при кустарном изготовлении конструкций, либо при соединении высоконагруженных элементов. Во втором случае используются стальные заклепки, которые расклепываются при нагреве.
Конструкция таких изделий очень проста:
- Заклепка представляет собой полнотелый металлический стержень, с одной стороны у которого находится полусферическая шляпка-грибок.
- При монтаже стержень вставляется в отверстие с таким расчетом, чтобы шляпка плотно прилегала к соединяемым деталям с одной стороны.
- Второй конец стержня расклепывается (с нагревом или без него). По возможности расклепывание должно быть равномерным, поскольку так обеспечивается отсутствие бокового смещения и максимальная надежность фиксации.
При монтаже таких заклепок могут использоваться и другие приспособления и технологии, но общий алгоритм остается неизменным.
Пустотелые и полупостотелые
Наряду с цельными заклепками используются разновидности с внутренними полостями. Чаще всего их применяют при монтаже неметаллических изделий (соединение ткани, кожи, полимеров), но иногда такие заклепки задействуют и при работе с тонколистовыми металлическими заготовками.
Основное отличие конструкции таких заклепок – наличие полости:
- У полопустотелых заклепок полость находится на конце, предназначенном для расклёпывания. При механическом воздействии края гильзы раскрываются, формируя широкий бортик – при этом усилие, необходимое для расклёпывания, будет меньше, чем при использовании стержневой заклепки.
- Пустотелые заклепки (пистоны) представляют собой тонкостенные трубки со сквозным отверстием в центре. Вместо шляпок они обычно оснащаются широкими горловинами – ровными, скруглёнными или потайными. При расклепывании деталь деформируется так же, как и полупустотелая заклепка, но центральное отверстие при этом сохраняется.
Заклепочные соединения в металлоконструкциях. Применение, рекомендации к расчету и основные характер
Введение
В данном материале рассматриваются общие характеристики и применение заклепочных соединений в металлических конструкциях возводимых каркасов зданий, а также некоторые указания к расчету и проектированию данных соединений.
Общие сведения
Заклепка – разновидность крепежа, деталь заклепочного соединения в виде круглой трубы или стержня, имеющая с одной стороны закладную головку и с другой стороны замыкающую (также известная как «высадная») головку, которая образуется в процессе клепки [1]. Заклепочное соединение является неразъемным.
Заклепки известны еще с древности: их до сих пор обнаруживают на археологических раскопках городищ древней Руси, найденные крепежи датируются IX-X веками. Несмотря на то, что в последние десятилетия использование заклепочных крепежей в строительстве резко сокращается в связи с активным развитием и совершенствованием технологий сварки, заклепочные соединения до сих пор находят применение в частных случаях по технологическим и конструктивным соображениям. Основная причина прекращения использования заклепок в металлоконструкциях в строительстве обусловлена следующими факторами:
- высокий уровень шума, который приводит к профессиональным заболеваниям органов слуха
- необходимость иметь специальную печь (горн) для разогрева заклепок до пластичного состояния на месте монтажа
- необходимы компетентные кадры для монтажа и контроля качества
- большие затраты на демонтаж неверно установленных заклепок
- трудозатратный и дорогой процесс самого монтажа заклепок (необходимо иметь много рабочих в звене, от 3 до 5 человек).
Однако, в отличие от сварки, заклепочные соединения не изменяют структуры металла, не вызывают коробление конструкции и перегрев деталей, что позволяет применять данный крепеж с разнородными или плохо свариваемыми материалами.
Материалы и инструменты для создания заклепочного соединения
Заклепки, как правило, производят из мягкой стали марок Ст.2 (кп, пс, сп) и Ст.3 (кп, пс, сп), обладающими хорошими пластическими свойствами и вязкостью. Головки заклепок могут иметь различную форму. Чаще всего в при возведении металлоконструкций используют заклепки с полукруглой (а – высокая, г – низкая), потайной (б) и полупотайной (в) головками.
Для создания заклепочного соединения необходим ряд специализированных инструментов:
- спиральные развертки и сверлильные машинки для образования отверстия в конструкции
- переносные горны для разогрева заклепок
- обжимки (ручные и пневматические) для образования головки заклепки
- поддержки (ручные и пневматические) для удержания заклепки в рабочем положении при скреплении конструкции
- также необходимы клещи, зубила и прочие вспомогательные инструменты
Расчет заклепочного соединения
В связи с редким использованием заклепочных соединений в строительстве, современные методики расчета данных соединений отсутствуют. Согласно методическому пособию по основам конструирования [4], методика, ранее представленная в нынче устаревшем СНиП II-В.3-62, не согласуется с действительными условиями работы данных соединений. По СНиПу расчет стержней заклепок производится при их работе на срез (рис. 199, а), однако данное состояние возникает только после сдвига соединяемых деталей на величину зазора между стенками отверстия и стержнем заклепки, что уже говорит о разрушении соединения. При расчете правильнее исходить из величины осевой силы N, которая развивается при усадке заклепки, и силы трения P на стыке (рис 199, б). Однако трудность данного расчета обусловлена тем, что большинство величин при расчете являются переменными, и определить их с высокой точностью не представляется возможным. Также заклепочные соединения подвергаются дополнительным напряжениям, таким как растяжение или изгиб (рис. 199, в, г), что еще больше затрудняет расчет. По причинам описанных выше проблем, выбор заклепочных соединений производится главным образом с упором на опыт ранее изготовленных конструкций, которые были проверены в эксплуатации, при этом учитывают специфические условия работы проектируемого соединения.
Основные требования и указания по проектированию заклепочных соединений можно найти в справочниках конструктора и другой профессиональной литературе. [2, 3]
Процесс монтажа заклепочного соединения
В ранние времена монтаж заклепочных соединений производился с помощью молотка, однако в начале ХХ века на помощь строителям пришли ручные пневматические заклепочники. Установка заклепок, как правило, производится бригадой из 3 человек: один человек нагревает заклепки до пластического состояния (900-1000 С) в специальной печи и подает их монтажнику, который вставляет заклепку в отверстие и подпирает ее в основании с помощью специального пневматического инструмента (поддержки); третий рабочий после установки раскаленной заклепки в рабочее положение осаживает противоположный (неотформованный) конец клепальным инструментом ударного или прессового действия (обжимкой), формируя замыкающую (высадную) головку. При остывании заклепка усаживается, плотно сжимая соединяемые детали. Прочность соединения по большей части определяется силами трения, которые возникают на поверхности стыка деталей в результате усадки заклепок.
Список литературы
2. Абаринов А. А. Составление деталировочных чертежей металлических конструкций. М., Стройиздат, 1977.
3. Стальные конструкции. Справочник конструктора. Под общ. Ред. Н. П. Мельникова. М., Стройиздат, 1976.
4. Орлов П. И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Кн. 2. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1977.
Видеоматериалы:
Автор:
Инженер-проектировщик ООО ПТЦ «ЛУКАРИНВЕСТ»
Резьбовые заклепки
В прошлом к наиболее распространенным крепежным элементам относились заклепки (особенно в середине XX в.). К настоящему времени они значительно вытеснены, но все же сохранили актуальность в некоторых случаях. Далее рассмотрен один из типов крепежных элементов – резьбовые заклепки: их общие особенности, классификация, сферы и технология применения.
Особенности
Заклепки представляют собой крепежные элементы в виде втулки либо стержня с закладной головкой с одного конца и с замыкающейся в процессе заклепки головкой с другого. От вытяжных заклепок резьбовые отличаются наличием резьбы. То есть они представляют собой шестигранные либо цилиндрические втулки с опорным бортиком в верхней части и резьбой в нижней. Верхняя часть выполнена в виде тонкостенной трубки без резьбы и нередко имеет продольную наружную насечку. В процессе монтажа она деформируется. Вертикальная насечка на верхней части обеспечивает равномерную деформацию и предотвращает разрыв материала.
К достоинствам резьбовых заклепок относят:
- простоту применения;
- прочное скрепление элементов из хрупких и тонких материалов вроде листового металлопроката без деформации;
- возможность односторонней фиксации в случае превышения совокупной толщиной соединяемых деталей длины крепежного элемента без потери прочности;
- сохранение прочности соединения с течением времени;
- механическая и химическая неагрессивность;
- сохранение целостности поверхности и лакокрасочного покрытия;
- возможность соединения элементов из различных материалов;
- отсутствие механических напряжений в конструкции;
- возможность демонтажа и повторной установки.
Несмотря на то, что в настоящее время в большинстве случаев вместо заклепок используются сварные или склеиваемые соединения, рассматриваемые крепежные элементы имеют ряд преимуществ в сравнении с ними, определяющих их незаменимость в некоторых узлах. Во-первых, резьбовые заклепки выдерживают термическое воздействие. Во-вторых, они не вызывают структурных изменений элементов при монтаже, в отличие от сварки, что особо актуально при соединении деталей из различных материалов, поведение которых может быть непредсказуемо. В-третьих, резьбовые заклепки обеспечивают сохранение подвижности.
Однако данные крепежные элементы имеют ряд недостатков:
- монтаж осложнен необходимостью предварительного проделывания отверстий;
- большинство резьбовых заклепок не обеспечивает герметичность швов;
- монтаж связан с высоким уровнем шума.
Ввиду многообразия резьбовых заклепок классификация их весьма сложна.
Так, по материалу их дифференцируют на:
- из углеродистой стали;
- из нержавеющей стали;
- алюминиевые;
- медные.
Кроме того, существуют полимерные модели (неопреновые). Чтобы их установить не требуются специализированные инструменты, ввиду чего их называют самоустанавливающимися.
По типу резьбы выделяют:
- гаечные – с резьбой на внутренней поверхности, создающие неразборное соединение (резьбовые заклепки-гайки);
- винтовые – резьба расположена на внешней поверхности, создают разборные соединения.
Кроме того, по форме головки резьбовые заклепки классифицируют на плоские и потайные, по профилю ножки – на круглые и шестигранные, по конфигурации борта – на открытые, потайные, малые, закрытые, большие.
К тому же данные крепежи выпускают под различные диаметры и шаг резьбы навешиваемых элементов. Для заклепок с внутренней резьбой обычно используются диаметры M4 – M8, для винтовых – M3 – M16.
Наконец, существуют резьбовые заклепки с дополнительными специфическими параметрами: электропроводящие, с увеличенной головкой, с виброизоляцией, с повышенным усилием, с метками, герметичные, с дюймовой резьбой и т. д.
Применение
Резьбовые заклепки подходят для любых соединений, однако наиболее уместны в случаях отсутствия доступа к обратной стороне по завершении сборки. Они применяются обычно для соединения листовых материалов. Резьбовые заклепки значительно проще прочих типов соединений: использовать их проще, чем осуществлять сварочные работы либо нарезать резьбу. Некоторые из них обеспечивают возможность дополнительного крепления с применением винтов либо болтов.
Сфера использования во многом определяется типом резьбовых заклепок. Так, элементы из цветных металлов востребованы, прежде всего, при декорировании ввиду хороших эстетических свойств. Нержавеющие и стальные заклепки применяются для узлов, рассчитанных на сложные эксплуатационные условия, ввиду того, что они обеспечивают повышенную прочность соединений и устойчивы к коррозии. Гаечные резьбовые заклепки целесообразны в условиях ограниченного пространства и при отсутствии доступа к обратной стороне узла. Шестигранные модели исключают возможность проворота. К тому же, как было отмечено, существуют варианты с дополнительными свойствами, рассчитанные на специфические эксплуатационные условия.
По принципу установки резьбовые заклепки аналогичны вытяжным. Работы включают несколько этапов.
- Наиболее объемным является подготовительный этап. Основными факторами для создания заклепочного соединения являются тип материала деталей и тип и диаметр резьбы навесного элемента. На основе этого подбирают клепку (с внутренней либо внешней резьбой, по диаметру и т. д.). Исходя из ее размеров выбирают сверло на 0,1 мм больше, чтобы легче поставить ее в отверстие.
- Прежде всего, требуется создать отверстие в точке соединения. Обычно для этого используется дрель. Шестигранные отверстия можно сделать пробойниками, однако они применимы только для тонкого материала. В случае большей толщины материала в сравнении с крепежным элементом следует сделать отверстие чуть больше по глубине, чем длина заклепки, однако сквозное отверстие не требуется.
- Далее на основе резьбы подбирают шток заклепочника и резьбовую заклепку накручивают на него.
- Инструмент монтируют в отверстие.
- Осуществляют сдавливание крепежного элемента путем сведения рукояток либо вращения болта до деформации его задней части. При этом не следует прилагать чрезмерные усилия во избежание срывания резьбы.
- Шток выкручивают из крепежного элемента и проверяют положение резьбовой заклепки.
Следует отметить, что качество шва определяется, в том числе, рядностью. Нередко используют многорядное расположение заклепок по цепной либо шахматной схеме.
В качестве инструмента при монтаже резьбовых заклепок своими руками применяется заклепочник с ручным, гидравлическим либо пневматическим приводом, а также специализированный пресс и автоматическая система.
Долговечность соединения во многом определяется внешним диаметром крепежного элемента. Между данными факторами наблюдается прямая зависимость. То есть чем больше диаметр, тем выше прочность соединения и сопротивление его нагрузкам. Кроме того, прочность определяется такими параметрами резьбовых заклепок, как толщина стенок и отсутствие рифления. Однако данные характеристики также сказываются на сложности и удобстве работы.
Требуемую длину резьбовой заклепки определяют на основе толщины соединяемых элементов. Однако нужно учитывать, что такой крепеж рассчитан на листы толщиной 0,3-6 мм. Так, для узлов толщиной в 1 мм рекомендуется применять модели M3, для 1-3 мм – M6 либо M8, для более 4 мм – M10.
Материал определяет параметры и, следовательно, сферу применения резьбовых заклепок. Так, углеродистая сталь применяется для производства универсальных вариантов, рассчитанных на стандартные соединения. Для обеспечения коррозионной устойчивости изделия из данного материала нередко покрывают цинком. Нержавеющая сталь обеспечивает крепежным элементам устойчивость к термическому воздействию и влажности (то есть антикоррозийную). К тому же данные варианты обладают большей прочностью. Изделия из алюминия характеризуются антикоррозионными свойствами и малой массой. Бронзовые резьбовые заклепки отличаются минимальным искрообразованием. Последние два варианта применяют для скрепления деталей из тех же материалов. Они не рассчитаны на большие нагрузки.
Модели со стандартными бортиками используются для обычных резьбовых соединений. Крепежные элементы с уменьшенным бортиком рассчитаны на достижение наименьшего зазора между соединяемыми элементами. Для той же цели подходят варианты с потайным бортом. Однако они требуют предварительного зенкования отверстий. Кроме того, модели с потайным бортом актуальны для случаев одностороннего монтажа, когда общая толщина соединяемых деталей превосходит длину крепежного элемента. Следовательно, резьбовая заклепка не может обеспечить полноценное сжатие, и фиксация обеспечивается благодаря расширению ее в отверстии.
В случае применения механического заклепочника потребуется прилагать значительные усилия ввиду большого противодействия рассматриваемых крепежных элементов. Пневматическими инструментами пользоваться намного проще, но они весьма дороги.
К настоящему времени заклепки в значительной степени вытеснены сварными и болтовыми соединениями. Тем не менее они сохраняют актуальность в авиационной, судостроительной сферах, сборке мебели и оконных рам, монтаже вентиляционных систем и т. д. По прочности и надежности заклепочные соединения аналогичны сварным.
К тому же резьбовые заклепки актуальны в случаях, когда необходимо установить на поверхности детали при отсутствии возможности нарезания резьбы ввиду малой толщины либо при отсутствии доступа с обратной стороны для использования гайки.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.